KR100368988B1 - 고개구율및고투과율액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화질 특성을 개선할 수 있는 FFS 모드 액정 표시 장치를 개시한다. 개시된 본 발명은, 액정을 사이에 두고 소정 거리 대향,대치되어 있는 상,하 기판과, 상기 하부 기판의 내측면에 형성되는 투명한 카운터 전극과, 상기 카운터 전극과 상하 기판간의 거리보다 좁은 간격을 두고 이격되면서 카운터 전극과 함께 액정내 분자를 구동시키기 위한 프린지 필드를 형성하는 투명한 화소 전극과, 상기 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이 및 상기 상부 기판과 액정층 사이에 각각 형성된 배향막을 포함하는 고개구율 및 고투과율을 갖는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 하부 기판의 배향막의 러빙축과 상기 상부 기판의 배향막의 러빙축이 서로 교차되도록 러빙된 것을 특징으로 한다.

Description

고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 컬러 쉬프트를 방지할 수 있는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치(Fringe Field Switching 모드)에 관한 것이다.
일반적으로 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 일반적인 IPS 모드 액정 표시 장치의 낮은 개구율 및 투과율을 개선시키기 위하여 제안된 것으로, 이에 대하여 대한민국 특허출원98-9243호로 출원되었다.
이러한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 카운터 전극과 화소 전극을 투명 전도체로 형성하면서, 카운터 전극과 화소 전극과의 간격을 상하 기판 사이의 간격보다 좁게 형성하여, 카운터 전극과 화소 전극 상부에 프린지 필드(fringe filed)가 형성되도록 한다.
이러한 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도면에서와 같이, 하부 기판(1)과 상부 기판(10)은 소정 거리를 두고 대향,대치되어 있다. 여기서, 하부 기판(1)과 상부 기판(10)의 이격된 거리를 이하 셀갭(d)이라 칭한다. 하부 기판(1)과 상부 기판(10) 사이에는 액정층(15)이 개재되어 있다. 하부 기판(1) 상에는 카운터 전극(3)이 소정 폭을 가지면서 일정 등간격으로 이격,배치되어 있다. 여기서, 카운터 전극(3)은 투명 전도체 예를들어, ITO(indium tin oxide)로 형성된다. 카운터 전극(3)이 형성된 하부 기판(1) 상부에는 게이트 절연막(5)이 형성되고, 게이트 절연막(5)상의 카운터 전극(3) 사이에 각각 화소 전극(7)이 형성된다. 이때, 화소 전극(7) 역시 투명 전도체로 형성되어 있으며, 화소 전극(5)과 카운터 전극(3)간의 간격(l)은 셀갭(d)보다 작다.
하부 기판(1)의 대향면 최상부 및 상부 기판(10)의 대향면 표면에는 액정층(15)내의 액정 분자들을 전계가 형성되기 이전 일률적으로 배열시키는 역할을 하는 배향막(8,11)이 형성되어 있다. 이때, 배향막(8,11)은 로우프리틸트각(low pretilt angle: 약 2°이하)을 갖으며, 전계가 형성되는 방향과 소정 각도를 이루도록 비병렬(anti-parallel) 상태로 러빙되어 있다.
이와같은 구성을 갖는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는, 카운터 전극(3)과 화소 전극(7) 사이에 전계가 형성되기 이전에는, 배향막(8,11)의 영향으로 기판에 거의 수평을 이루도록 배열된다.
한편, 카운터 전극(3)과 화소 전극(7) 사이에 전계가 형성되면, 전계의 형태는 수직 성분을 포함하는 프린지 필드가 형성되고, 액정 분자들은 그것의 광축이 전계 방향과 수직 또는 수평이 되도록 틀어져서 광을 누설하게 된다.
그러나, 상기와 같은 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는 전계 인가시에 액정 분자들이 일제히 전계 방향과 액정 분자의 장축(또는 단축)과 평행하도록 틀어지게 되므로, 화면을 바라보는 방향에 따라 소정의 색상이 발현된다.
즉, 구체적으로 설명하자면, 액정 분자들은 형태상 봉 형상을 가지고 있으므로, 장축 방향으로의 굴절율과 단축 방향으로의 굴절율이 서로 상이하다. 이로인하여, 상기와 같이, 전계 방향으로 액정 분자들이 일제히 배열되면, 화이트 상태 즉, 전계 인가시, 화면의 기울림각에서 보았을 때 시야각 방향에 따라 소정의 색상을 띤다.
이를 식 1을 참조하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
T≒T0sin2(2χ)·sin2(π·Δnd/λ)..............(식 1)
T: 투과율
T0: 참조(reference)광에 대한 투과율
χ: 액정 분자의 광축과 편광자의 편광축이 이루는 각
Δn : 굴절율 이방성
d : 상하 기판사이의 거리 또는 갭(액정층의 두께)
λ: 입사되는 광 파장
상기 식 1에 의하면, Δnd가 변화되면, 최대 광투과율의 광파장(λ)이 변화되고, 이 Δnd가 변화됨에 따라, 화이트 상태에서 컬러 쉬프트가 발생되는 것이다. 즉, 액정 분자의 장축을 바라보는 방향에서와, 액정 분자의 단축을 바라보는 방향에서 Δn이 다르므로, 최대 투과율을 얻기 위한 광파장(λ) 변화되어, 변하여진 파장에 해당되는 색상이 발현되는 것이다.
이와같이 화이트 화면을 띠어야 할 때, 소정의 방위각에서 색상이 발현되는 것을 컬러 쉬프트라고 하며, 이러한 컬러 쉬프트 현상은 액정 표시 장치의 화질을 감소시키고, 방위각에 따른 투과광 균일도가 저하된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 화질 특성을 개선하는 것이다.
도 1은 종래의 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 러빙축을 보여주는 도면.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
20 : 하부 기판 23 : 카운터 전극
25 : 게이트 절연막 27 : 화소 전극
29,32 : 배향막 30 : 상부 기판
35 : 액정층 40a : 제 1 편광판
40b : 제 2 편광판
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 액정을 사이에 두고 소정 거리 대향,대치되어 있는 상,하 기판과, 상기하부 기판의 내측면에 형성되는 투명한 카운터 전극과, 상기 카운터 전극과 상하 기판간의 거리보다 좁은 간격을 두고 이격되면서 카운터 전극과 함께 액정내 분자를 구동시키기 위한 프린지 필드를 형성하는 투명한 화소 전극과, 상기 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이 및 상기 상부 기판과 액정층 사이에 각각 형성된 배향막을 포함하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치에 있어서, 상기 하부 기판의 배향막의 러빙축과 상기 상부 기판의 배향막의 러빙축이 서로 교차되도록 러빙된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하부 기판의 뒷면에는 제 1 편광판이 추가로 부착되고, 상기 상부 기판의 뒷면에는 제 2 편광판의 추가로 부착되어 있으며, 상기 제 1 편광판의 편광축과 제 2 편광판의 편광축은 서로 평행하게 배치된다.
본 발명에 의하면, 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치에서, 배향막을 상하 크로스되도록 러빙하여, 전계 형성시, 액정 분자들이 액정층의 높이에 따라 틀어지는 각도가 다르게 된다. 이에따라, 액정 분자의 굴절율 이방성을 보상할 수 있어, 컬러 쉬프트를 제거할 수 있다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 2는 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 러빙축을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는, 하부 기판(20)과 상부 기판(30)은 소정 거리를 두고 대향,대치되어 있고, 하부 기판(20)과 상부 기판(30) 사이에는 수개의 액정 분자(35a)를 포함하는 액정층(35)이 개재되어 있다. 여기서, 상하 기판(30,20)간의 거리(셀갭), 즉, 액정층(35)의 두께를 D라 한다. 또한, 액정층(35)은 유전율 이방성이 양 또는 음이 선택적으로 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 예를들어, 유전율 이방성이 음인 액정을 사용하였다. 이때, 액정 분자의 굴절율 이방성과 셀갭의 곱(Δnd)은 0.2 내지 1.2㎛ 정도로 하는 것이 본 발명의 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치의 적정 화질을 구현하는데 적정하다.
하부 기판(20) 상에는 투명 전도체 예를들어, ITO로 된 카운터 전극(23)이 스트립(strip) 형태로, 소정 폭을 가지면서 일정 등간격으로 이격,배치된다. 카운터 전극(23)이 형성된 하부 기판(20) 상부에는 게이트 절연막(25)이 형성된다. 게이트 절연막(25)상의 카운터 전극(23) 사이의 부분에는 스트립 형상을 갖으며, 투명 전도체로 된 화소 전극(27)이 형성된다. 이때, 화소 전극(27)과 카운터 전극(23)간의 간격(L)은 프린지 필드를 형성하기 위하여, 셀갭(D)보다 작으며, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27)의 폭은, 화소 전극(27)과 카운터 전극(23) 사이에 형성되는 전계가 각각의 전극(23,27) 상부에도 미칠수 있을 정도의 폭을 갖도록 형성된다.
하부 기판(20)과 액정층(35)과의 경계 부분과 상부 기판(30)과 액정층(35) 사이 각각에는 액정 분자의 초기 배열을 결정하는 배향막(29,32)이 배치된다.상기배향막(29,32)은1 내지 15°정도의 프리틸트각을 갖는다.
또한, 종래의 문제점인 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치에서 발생되는 컬러 쉬프트를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 도 3에서와 같이, 상하 배향막 (29,32)의 러빙축(29a,32a)이 서로 교차되도록 배치한다. 아울러, 하부 배향막의 러빙축(29a)은 이후 카운터 전극(23)과 화소 전극(32) 사이에서 형성되는 전계와 소정의 각(θ) 바람직하게는, 음의 액정을 사용하는 경우 70 내지 110° 정도의 각을 이루고, 양의 액정을 사용하는 경우 -20 내지 20°의 각을 이루도록 러빙된다.
하부 기판(20)의 외주면 및 상부 기판(30)의 외주면에는 각각 하부 기판(20)의 저면으로부터 입사되는 광을 일정 방향으로 편광시키는 제 1 및 제 2 편광판 (40a,40b)이 설치된다. 여기서, 제 1 및 제 2 편광판(40a,40b)의 편광축(도시되지 않음)은 서로 평행하도록 기판(20,30)에 부착되고, 제 1 편광판(40a)의 편광축과 하부 배향막(29)의 배향축(29a)이 일치 또는 수직으로 부착된다.
이와같은 구성을 갖는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치는, 카운터 전극 (23)과 화소 전극(27) 사이에 전계가 형성되기 이전에는, 배향막(29,32)의 영향으로 액정 분자들이 90도 트위스트 된 형태로 배열된다. 이때, 제 1 및 제 2 편광판 (40a,40b)의 편광축이 서로 평행하게 배열되어 있어, 액정층(35)을 통과한 빛이 제 2 편광판(40b)의 편광축을 통과하지 못하여, 화면은 다크 상태가 된다.
한편, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27) 사이에 전위차가 발생되면, 카운터 전극(23)과 화소 전극(27) 사이에는 프린지 필드가 형성된다. 그러면, 트위스트 배열되어 있던 액정 분자들은 프린지 필드와 자신의 단축이 일치되도록 배열된다. 이때, 액정 분자들은 종래와 같이 일률적으로 동일한 방향으로 틀어지는 것이 아니고, 액정층의 높이에 따라 서로 다른 각도로 틀어지게 된다. 이에따라, 액정 분자의 굴절율 이방성이 보상되어, 컬러 쉬프트 현상이 제거된다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치에서, 배향막을 상하 크로스되도록 러빙하여, 전계 형성시, 액정층의 높이에 따라 서로 다른 각도로 틀어지도록 한다. 이에따라, 액정 분자의 굴절율 이방성을 보상할 수 있어, 컬러 쉬프트를 제거할 수 있다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (4)

  1. 액정을 사이에 두고 소정 거리 대향,대치되어 있는 상,하 기판과; 상기 하부 기판의 내측면에 형성되는 투명한 카운터 전극과; 상기 카운터 전극과 상하 기판간의 거리보다 좁은 간격을 두고 이격되면서, 카운터 전극과 함께 액정내 분자를 구동시키기 위한 프린지 필드를 형성하는 투명한 화소 전극과; 상기 카운터 전극 및 화소 전극이 형성된 하부 기판과 액정층 사이 및 상기 상부 기판과 액정층 사이에 각각 형성된 배향막을 포함하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 하부 기판의 배향막의 러빙축과 상기 상부 기판의 배향막의 러빙축이 서로 교차되도록 러빙되며, 그 프리틸트각은 1 내지 15°이고, 상기 액정내 분자의 굴절율 이방성과 셀갭의 곱(△nd)은 0.2 내지 1.2㎛인 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판의 뒷면에는 제 1 편광판이 추가로 부착되고, 상기 상부 기판의 뒷면에는 제 2 편광판의 추가로 부착되어 있으며, 상기 제 1 편광판의 편광축과 제 2 편광판의 편광축은 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하부 기판측 배향막의 러빙축은 액정을 유전율 이방성이 음인 물질을 사용할 경우에는 상기 카운터 전극과 화소 전극사이에 형성되는 전계와 약 70 내지 110° 정도의 각을 이루도록 하고, 유전율 이방성이 양인 물질을 사용할 경우에는 -20 내지 20 °정도의 각을 이루도록 하는 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 편광판의 편광축은 상기 하부 기판측 배향막의 러빙축과 일치 또는 수직을 이루는것을 특징으로 하는 고개구율 및 고투과율 액정 표시 장치.
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JPH08122788A (ja) * 1994-10-25 1996-05-17 Mitsubishi Electric Corp 液晶表示装置及びその製造方法

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